Есть такая однолетняя травка — резушка, или по-латыни Arabidopsis thaliana. Это один из любимых объектов исследования для генетиков — такой же, как пивные дрожжи, плодовая мушка дрозофила и белая мышь. На лабораторном жаргоне ее зовут просто арабидопсис. Трава эта размножается всего один раз и умирает после того, как на ней образуются семена, спрятанные в мелкие стручки. Полный цикл от прорастания семени до цветения взрослого растения занимает всего несколько недель. Во многом за это арабидопсис так любим биологами — всю жизнь растения можно пронаблюдать за время одного чемпионата мира по футболу. Такая скорость развития арабидопсиса диктуется особенностями его жизни в диких условиях. Многие молекулярные биологи считают, что это растение специально создано природой. Другие уверены, что кто-то там, наверху, отвечает за создание видов для лабораторных исследований. Арабидопсис растет в местах «ранения» почвы, а точнее дерна.
Представьте себе основательно заросший летний луг. Плотно стоящие один к другому стебли, жуткое переплетение корней, образующих дерн. В общем — жесточайшая борьба за свет, воду, соли из почвы. Поди потягайся с такими монстрами, как пырей, борщевик или даже мятлик. Но вот по полю промчался лось. И его копыта выворотили из земли кусок дерна, обнажив свежую землю. Вот оно! Незанятое место! Кто выиграет схватку за возникший кусок жизненного пространства? Мощный пырей? Высокая ежа? Выиграет самый быстрый, а не самый сильный. За месяц, в течение которого другие травы только прорастут, арабидопсис успеет полностью вырасти, зацвести и дать миллионы мелких, размером с пылинку семян. Причем, пока остальные пыжатся, пытаясь вытянуть к свету огромный стебель, хитрый маленький арабидопсис может даже повторить раунд размножения еще раз, а то и не один. То есть когда-нибудь старые растения дадут семена и умрут, но прежде чем кусочек обнажившейся земли зарастет трава-
|
|
стволом и мясистыми листьями, а - обычное взрослое растение арабидопсиса (слева) возрастом около 2 мес. (близок к предельному для этого вида), и восьмимесячное растение-мутант (справа); б — листья арабидопсиса-мутанта в четырнадцать месяцев (фото из работы С.Мельцера и соавт. сайта https://www. nature.com/ng/
ми-монстрами, успеет взойти и зацвести еще одно поколение арабндопсиса. Изящно, не правда ли? Но для этого надо быстро расти и быстро умирать, чтобы пройти этот цикл несколько раз. Это значит, что у арабндопсиса должна быть программа феноптоза, включающаяся после цветения или созревания семян. И совсем недавно она была обнаружена. Как часто бывает — случайно.
Группа бельгийских ученых изучала процесс цветения араби-допсиса и создала генетическую модификацию этого растения, убрав у него 2 гена из 22 000. Надо заметить, что это основной способ изучения живых существ биологами — испортить что-нибудь, а потом смотреть, к чему это приведет.
Так вот, выключение, или по-научному — нокаутирование, этих двух генов поначалу ни к чему интересному не привело. Растения-мутанты росли так же, как и обычные арабидопси-сы, пока не пришло время цвести. Они (мутанты) попытались это сделать, но получилось как-то не особенно хорошо. Цветы и появившиеся затем стручки были мелкие и немногочисленные... и вот тут начались чудеса. Обычные растения араби-допсиса в соседнем горшке уже умерли от старости (прошли отведенные им природой недели жизни), а мутанты продолжали жить. И расти. У них утолщался ствол, появлялись новые розетки листьев, хотя у нормального арабндопсиса розетка может быть только одна, на уровне почвы. Сами листья превратились из мелких, похожих на травинки перышек, в крупные, мясистые (см. рис. 1). Через месяц-другой ствол начал деревенеть, а весь этот монстр — расползаться по почве, укореняться новыми корневищами. Стареть он уж точно не собирался. Статья наших коллег из Бельгии была опубликована, когда возраст этого куста, или даже небольшого деревца, в девять раз превысил нормальный срок жизни мелкой травки араби-допсиса.
|
|
Не стоит думать, что запрограммированная смерть — это удел только «однолетников». Наиболее яркие примеры мы можем найти как раз среди многолетних растений, которые многие годы размножаются вегетативно, но в какой-то момент решают переключиться на половое размножение. Как правило, это приводит их к смерти. То есть после цветения и созревания семян растения-родители погибают.
Так, например, ряд видов бамбука имеет фиксированную продолжительность жизни, определяемую сроком цветения. Этот срок свой у каждого вида и варьирует он от 6 лет (зацветает на шестой год жизни) до 120 лет (зацветает на сто двадцатый год). Бамбук растет настолько густо, что между двумя отдельными стволами в принципе не может поместиться третий. Если бы родительские растения не отмирали, то у новых проростков не было бы никаких шансов добраться до света и питательной почвы. Поэтому цветение означает смертный приговор для предыдущего поколения этого растения.
|
|
Выключение 2 генов из 22 ООО генов, СОСТАВЛЯЮЩИХ ГЕНОМ РЕЗУШКИ, ПРИВЕЛО К ТОМУ, ЧТО ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ жизни ЭТОГО РАСТЕНИЯ УВЕЛИЧИЛАСЬ В 9 РАЗ.
Напомним, что любознательные бельгийцы не создавали никаких новых систем, чтобы получить арабидопсиса-долгожителя. Они только «испортили» растение, лишив его двух, как оказалось, генов смерти. Таким образом было доказано, что смерть арабндопсиса происходит не потому, что он просто не может жить дольше, чем несколько недель, из-за накопления в его тщедушном теле случайных ошибок, а потому что в его гены заложена специальная программа, убивающая организм в определенный момент его жизни, то есть программа феноптоза.
По-видимому, когда-то арабидопсис был высоким и «крутым» растением. Это доказывается тем, что он еще и сегодня умеет изображать из себя гиганта, если отключить феноптоз. Но потом он эволюционировал, «решив», что чем конкурировать с десятками таких же «крутых» видов, проще найти и оккупировать специальную нишу — раны в земле, чтобы быть там полным королем. Правда, лишь до тех пор, пока рана не зарастет «крутыми» видами растений.
То же самое происходит с агавой, которая много лет может расти и размножаться корневищами, а потом зацвести и погибнуть вскоре после созревания семян.
Другой яркий пример — мадагаскарская пальма Ravenala madagascariensis. Это величиственное растение прекрасно себя чувствует вплоть до 100 лет, а потом зацветает мелкими цветами и вскоре после этого гибнет.
Подробности такого рода явлений любопытный читатель найдет в части II, разделе II.2.2.